马萨诸塞大学安姆斯特分校的微生物学家最近发现，细菌能够产生一种新型天然丝线，这种丝线将帮助研究人员尽早研制出适用于电子工业的可持续“绿色”导电材料。美国微生物学会重要杂志——mBio在本周报道了德里克·洛维利（Derek Lovley）及其同事所进行的研究。
研究人员研究了微生物纳米线，在自然条件下，细菌会使用这种蛋白丝与其他微生物或矿物质进行电连接。正如洛维利（Lovley）所说，微生物纳米线是一种革命性的电子材料，它具有远超人造材料的显着优点。在实验室中化学合成纳米线需要使用有毒化学品、高温和/或昂贵的金属。同时需要消耗巨大的能量。与此相反，天然微生物纳米线仅需要在室温生物反应器中使用廉价的可再生原料即可实现大批量生产，同时，能耗也显著降低。此外，最终产品不含有毒成分。
因此，微生物纳米线为开发新型多功能环保材料、电子设备和传感器提供了更大的可能。这是微生物纳米线技术中的重大突破。研究人员在论文中阐述的方法将有助于在自然界中快速找到更好的电子材料。
此前，洛维利（Lovley）的实验室一直仅使用一种细菌——硫还原地杆菌来研究纳米线。研究人员称，我们早期仅研究了一种地杆菌，因为我们想了解细菌产生如此细小的丝线后所隐藏的奥秘。而现在我们最感兴趣的是如何把纳米线用作电子材料，并希望更好地理解适合开展实践应用的性质。
当实验室开始研究其他地杆菌物种的蛋白质细丝时，他们惊讶地发现广泛存在导电性。例如，从铀污染的土壤中回收的一类物种能够产生较弱的导电丝。然而，另一钟生物——金属还原地杆菌——正好是第一种分离的地杆菌，产生的纳米线的导电性比硫还原地杆菌高5000倍。
在美国海军研究办公室资助的新研究中，他们没有直接研究金属还原地杆菌株。相反，他们从中提取了组成微生物纳米线的蛋白质基因。并将其植入硫还原地杆菌。最终，他们更改了硫还原地杆菌的遗传性质，使其产生金属还原地杆菌的蛋白质，同时其产生的丝线的导电性远远超过硫还原地杆菌自然产生的纳米线。
此外，洛维利（Lovley）还表示，他们已经发现硫还原地杆菌携带有不同类型细菌的丝线基因。这使得在相同微生物体内产生多样性的细丝，以及在类似条件下研究其性质变得更加简单。
他补充说，我们按照这种方法在微生物世界中探索有用的导电材料。在微生物世界中存在大量的细丝基因，现在，即使使用之前从没培养过的微生物，我们也可以研究其基因产生的细丝。
研究人员将金属还原地杆菌纳米线的超高导电性归因于其更大丰度的芳香族氨基酸。紧密堆积的芳香环似乎是微生物纳米线导电性的关键，这意味着，芳香环越多，电子就能够更好地沿着蛋白质丝转移。
金属还原地杆菌纳米线的高导电性表明，它们可能是制造医疗或环境领域内导电材料、电子器件和传感器的良好材料。作者表示，进一步了解纳米线导电机制能够让外我们更加明确如何利用改良的基因制造更好的丝线。
来源：中国国防科技信息网